Question

【題目】以紅土鎳礦(主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等)為原料，獲取凈水劑黃鈉鐵礬[NaFe(SO4)2(OH)6]和納米鎳粉的部分工藝流程如下：

（1）“酸浸”過程，為提高鐵和鎳元素的浸出率，可采取的措施有___________(寫出兩種)。

（2）“過濾Ⅰ”濾渣的主要成分是______。

（3）“氧化”過程欲使0.3molFe2+轉變為Fe3+，則需氧化劑NaClO至少為________ mol。

（4）“沉鐵”過程中加入碳酸鈉調節浴液的pH至2，生成黃鈉鐵礬沉淀，寫出該反應的化學方程式______。若碳酸鈉過多會導致生成的沉淀由黃鈉鐵礬轉變為_____(填化學式)。

（5）向“過濾Ⅱ”所得濾液(富含Ni2+)中加入N2H4·H2O，在不同濃度的氫氧化鈉溶液中反應，含鎳產物的XRD圖譜如下圖所示(XRD圖譜可用于判斷某晶態物質是否存在，不同晶態物質出現衍射峰的衍射角不同)。欲制得高純納米鎳粉最適宜的NaOH的物質的量濃度為_____。寫出該條件下制備納米鎳粉同時生成N2的離子方程式_____。

（6）高鐵酸鹽也是一種優良的含鐵凈水劑，J．C．Poggendor早在1841年利用純鐵作電極插入濃的NaOH溶液電解制得Na2FeO4，陽極生成FeO42－的電極反應式為______；Deininger等對其進行改進，在陰、陽電極間設置陽離子交換膜，有效提高了產率，陽離子交換膜的作用是_______。

Answer 1

【答案】提高反應溫度、適當增大硫酸濃度、將原料粉碎、攪拌等（任答兩條） SiO2 0.15 2Fe2(SO4)3+6Na2CO3+6H2O=2NaFe(SO4)2(OH)6+5Na2SO4+6CO2↑ Fe(OH)3 0.015mol/L N2H4·H2O+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+5H2O(或N2H4+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+4H2O) Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O 避免FeO42-在陰極上被還原

【解析】

（1）依據提高原料利用率與化學反應速率的影響因素作答；

（2）紅土鎳礦中只有二氧化硅不溶于硫酸；

（3）依據氧化還原反應規律與得失電子數守恒計算；

（4）加入碳酸鈉“沉鐵”生成NaFe(SO4)2(OH)6，依據元素守恒定律書寫化學方程式；碳酸鈉過多會使溶液顯堿性，據此分析；

（5）根據圖示信息，找出Ni晶體的衍射峰強度較強對應的氫氧化鈉的濃度；依據氧化還原反應規律分析作答；

（6）根據電解原理以及實驗目的，Fe作陽極，電解質為NaOH，陽極Fe失電子發生氧化反應生成FeO42-；陽離子交換膜可防止FeO42-在陰極被還原，提高了產率。

（1）可通過提高反應溫度、適當增大硫酸濃度、將原料粉碎、攪拌等提高鐵和鎳元素的浸出率，

故答案為：提高反應溫度、適當增大硫酸濃度、將原料粉碎、攪拌等（任答兩條）；

（2）Fe2O3、FeO、NiO、SiO2經過“酸浸”后，溶液存在Fe3+、Fe2+和Ni2+,只有SiO2不溶于硫酸，作為濾渣被過濾出來，

故答案為：SiO2；

（3）NaClO做氧化劑會將Fe2+氧化為Fe3+，Cl元素由+1價降低到-1價，則易知2Fe2+NaClO，則0.3molFe2+轉變為Fe3+，則需氧化劑NaClO至少為0.15 mol，

故答案為：0.15；

（4）NaClO氧化后，溶液中溶質為Fe2(SO4)3，繼續在“沉鐵”過程中加入碳酸鈉調節浴液的pH至2，生成黃鈉鐵礬沉淀，則化學方程式為：2Fe2(SO4)3+6Na2CO3+6H2O=2NaFe(SO4)2(OH)6+5Na2SO4+6CO2↑，碳酸鈉過多，溶液酸性減弱，使pH增大，極易生成Fe(OH)3沉淀，

故答案為：2Fe2(SO4)3+6Na2CO3+6H2O=2NaFe(SO4)2(OH)6+5Na2SO4+6CO2↑；Fe(OH)3；

（5）根據圖示數據可以看出，氫氧化鈉濃度為0.015mol/L時，僅出現Ni衍射峰，因此制得高純納米鎳粉最適宜的NaOH的物質的量濃度為0.015mol/L，則堿性條件下制備納米鎳粉同時生成N2的離子方程式為：N2H4·H2O+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+5H2O(或N2H4+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+4H2O)，

故答案為：0.015；N2H4·H2O+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+5H2O(或N2H4+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+4H2O)；

（6）根據電解原理以及實驗目的，Fe作陽極，電解質為NaOH，因此陽極反應式為Fe－6e－＋8OH－=FeO42－＋4H2O；陽離子交換膜只允許陽離子通過，FeO42－具有強氧化性，因此陽離子交換膜的作用是避免FeO42－在陰極上被還原；

故答案為：Fe－6e－＋8OH－=FeO42－＋4H2O；避免FeO42-在陰極上被還原。